Fiche de révision : Assainissement et traitement des eaux à Lyon

📋 Plan du Cours

1. Métropole de Lyon et compétences de la DCE
2. Réseaux et station de Pierre-Bénite
3. Normes et conformité des rejets
4. Surveillance et analyses des eaux
5. Mesures physico-chimiques et métrologie
6. Analyses de la pollution organique
7. Dosage de l’azote et des ions
8. Prétraitements et traitement primaire
9. Traitement biologique et élimination de l’azote
10. Phosphore et gestion des boues

📖 1. Métropole de Lyon et compétences de la DCE

★ À maîtriser

• La Métropole de Lyon compte 1,4 million d’habitants, 58 communes, 9 848 agents, 7 délégations et 55 directions.

• Le budget de la Métropole de Lyon est de 3 972 millions d’euros, dont 3 200 millions de fonctionnement et 772 millions d’investissement.

• La DCE met en œuvre les compétences métropolitaines relatives à l’approvisionnement en eau potable, aux eaux pluviales, aux milieux aquatiques, aux eaux usées et à la prévention des inondations.

Compléments

• L’approvisionnement en eau potable est assuré en régie par Eau du Grand Lyon depuis 2022.

📖 2. Réseaux et station de Pierre-Bénite

★ À maîtriser

• Le réseau métropolitain comprend 3 193 km d’égouts, dont 602 km visitables et 427 km consacrés aux eaux pluviales.

• La Métropole compte 12 stations d’épuration pouvant traiter jusqu’à 1 004 460 m³ d’eau par jour.

• Les stations traitent 671 000 m³ d’eaux usées par jour et le taux de raccordement est de 96,4 %.

Compléments

• Un habitant rejette en moyenne 150 L d’eaux usées par jour.

• La station de traitement des eaux usées de Pierre-Bénite a été mise en service en 1972 et rénovée en 2006.

📖 3. Normes et conformité des rejets

★ À maîtriser

📌 Les eaux usées autres que domestiques sont soumises à un arrêté d’autorisation, conformément au règlement d’assainissement du 1er juillet 2024.

• La directive européenne sur les eaux résiduaires urbaines date du 21 mai 1991 et a été transposée par l’arrêté du 21 juillet 2015, modifié le 31 juillet 2020.

• La conformité réglementaire des rejets porte notamment sur la DCO, les MES, le pH et l’azote, avec une conformité attendue à 95 %, sous réserve des conditions HCNF et de la limite de 25 non-conformités par an.

Compléments

• Les exigences renforcées peuvent viser :

  • les milieux fragiles
  • les prises d’eau potable
  • les zones de baignade
  • les zones conchylicoles

• Le pH des eaux usées traitées rejetées doit être compris entre 6 et 8,5 et leur température doit rester inférieure à 25 °C, sauf conditions climatiques exceptionnelles.

• L’autorisation préfectorale de rejet des stations de Pierre-Bénite, Saint-Fons et Feyssine est l’arrêté du 26 septembre 2000 n° 2000/1666.

📖 4. Surveillance et analyses des eaux

★ À maîtriser

• Les analyses des eaux usées comprennent un suivi continu du débit et de la température, ainsi que des mesures quotidiennes de pH, de conductivité, de MES, de DCO et de DBO.

• La robustesse des analyses dépend de la réalisation correcte des prélèvements.

Compléments

• Les analyses de NTK et de phosphore total sont réalisées cinq fois par semaine, celles de NH4, NO2 et NO3 quatre fois par semaine, et les analyses microbiologiques une fois par mois.

• Les métaux totaux analysés sont :

  • As
  • Cd
  • Cr
  • Cu
  • Hg
  • Ni
  • Pb
  • Zn

• La reconstitution du prélèvement est effectuée en mélangeant un échantillon de laboratoire et des échantillons issus des systèmes JEDEAU.

📖 5. Mesures physico-chimiques et métrologie

★ À maîtriser

• Les matières en suspension sont dosées par gravimétrie selon la norme NF EN 872 de juin 2005, après passage de l’échantillon à l’étuve à 105 °C pendant au moins une heure.

📌 La siccité correspond au pourcentage de matières sèches d’une boue, tandis que l’humidité correspond à son pourcentage d’eau, et leur somme vaut 100 %.

Compléments

• Pour le dosage des MES, le délai de mise en analyse est de 48 heures selon la norme ou de cinq jours avec la méthode interne.

• La métrologie de la balance est suivie quotidiennement avec une masse de travail et comprend un étalonnage annuel portant notamment sur la justesse, la fidélité et l’excentration.

• Une boue est liquide à 0–10 % de siccité, pâteuse à 12–25 %, solide au-dessus de 25 % et sèche au-dessus de 85 %.

• Les matières sèches comprennent les matières minérales et les matières volatiles sèches, ces dernières correspondant aux matières organiques.

📖 6. Analyses de la pollution organique

🔑 Notions clés & Définitions

• Demande chimique en oxygène : Mesure les matières organiques par voie chimique et s’exprime en mg O₂/L.

• Demande biochimique en oxygène : Mesure la concentration d’oxygène dissous consommée par l’oxydation biologique des matières organiques et/ou inorganiques dans des conditions spécifiques.

★ À maîtriser

• La DBO5 est mesurée sur un échantillon dilué, ensemencé et maintenu à l’obscurité à 20 °C pendant cinq jours, avec inhibition de la nitrification par l’allylthiourée.

📌 La DBO5 est toujours inférieure à la DCO, et le rapport DCO/DBO représente le caractère biodégradable des eaux usées.

Compléments

• La DCO est déterminée selon la norme ISO 15705 de novembre 2002 par minéralisation en tube fermé puis détection photométrique.

• Les chlorures interfèrent avec la méthode de dosage de la DCO.

• La limite de quantification de la DCO est de 10 mg O₂/L.

• À l’entrée d’une station d’épuration, le rapport DCO/DBO5 est compris entre 2 et 3.

• La limite de quantification de la DBO5 est de 3 mg/L et la température d’incubation doit être de 20 °C ± 1 °C.

💡 Astuce mémo

La DCO mesure l’oxydation chimique ; la DBO5 mesure la dégradation biologique.

📖 7. Dosage de l’azote et des ions

★ À maîtriser

• Le dosage des ions par chromatographie ionique sépare les espèces entre une phase mobile liquide de carbonate et bicarbonate et une phase stationnaire solide AG9.

• 🔄 Le dosage de l’ammonium se déroule ainsi :

  1. Entraînement de l’ammoniac volatil par vapeur d’eau en milieu alcalin
  2. Piégeage de l’ammoniac dans l’acide borique
  3. Dosage par HCl jusqu’au point final de pH 4,65

📌 L’azote global correspond à la somme de l’azote Kjeldahl, des nitrites et des nitrates, tandis que l’azote total est dosé par combustion et comprend les nitrates, les nitrites, l’ammonium et l’azote lié à la matière organique.

Compléments

• La chromatographie ionique permet de doser les nitrates, les nitrites et les chlorures.

• La limite de quantification de la méthode de dosage de l’ammonium décrite est de 1,9 mg N/L, tandis que certaines méthodes colorimétriques atteignent 0,08 mg N/L.

• Le dosage de l’azote Kjeldahl est précédé d’une minéralisation en milieu acide avec catalyseur et sa limite de quantification est de 1 mg N/L.

💡 Astuce mémo

Azote global = NK + nitrites + nitrates ; azote total = mesure par combustion.

📖 8. Prétraitements et traitement primaire

★ À maîtriser

• Les prétraitements protègent les installations en aval par dégrillage grossier et fin, dessablage des sables lourds et dégraissage des graisses légères par flottation.

• Le traitement primaire abat 60 % des MES, 30 % de la DBO5 et 30 % de la DCO.

Compléments

• Les déchets retenus comprennent notamment :

  • le bois
  • les plastiques
  • les canettes
  • les lingettes
  • les cotons-tiges

• Les sables issus du dessablage sont lavés et maturés pendant deux mois avant leur valorisation dans des travaux d’enfouissement des réseaux.

• Le traitement physico-chimique favorise la décantation des MES par coagulation et floculation, notamment des colloïdes.

💡 Astuce mémo

Dégrillage, dessablage, dégraissage : les déchets, puis les sables, puis les graisses.

📖 9. Traitement biologique et élimination de l’azote

🔑 Notions clés & Définitions

• Boues activées : Traitement qui épure les eaux en transformant la pollution en boues biologiques, séparées de l’eau épurée dans le clarificateur.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rapport nutritif indiqué pour le traitement biologique est $100\,\mathrm{DBO}_5/5\,\mathrm{N\!-5NH_4}/1\,\mathrm{P\!-5PO_4}$.

• La transformation des formes azotées suit l’ammonification de l’azote organique, la nitrification en présence d’oxygène dissous et la dénitrification en absence d’oxygène dissous.

Compléments

📌 Le traitement biologique requiert de l’oxygène et une alimentation équilibrée entre la pollution et le nombre de bactéries.

• La nitrification nécessite des bicarbonates et les bactéries nitrifiantes sont sensibles à la température.

💡 Astuce mémo

Ammonification → nitrification → dénitrification : de l’azote organique au diazote.

📖 10. Phosphore et gestion des boues

★ À maîtriser

• Les matières phosphorées comprennent le phosphore organique et le phosphore minéral, dont 90 % est sous forme d’orthophosphates.

• À Pierre-Bénite, aucun traitement spécifique du phosphore n’est appliqué, mais l’abattement biologique est d’environ 0,8 à 1 mg/L pour une concentration d’entrée de 8 à 10 mg/L.

• Les boues produites en station d’épuration sont : des boues primaires riches en matières minérales, des boues physico-chimiques, des boues biologiques très organiques

• Les boues peuvent être incinérées, épandues, méthanisées ou compostées avec des déchets verts.

Compléments

• Les rejets humains représentent 70 à 80 % des apports de phosphore indiqués.

• Un abattement supplémentaire du phosphore peut être obtenu par précipitation au chlorure ferrique ou par traitement biologique.

📌 Le poids des boues évacuées doit être fourni en kilogrammes de matières sèches.

• À Pierre-Bénite, les boues sont incinérées, tandis que la station de Feyssine pratique la méthanisation.

• À Pierre-Bénite, la centrifugation sépare les boues en centrat et sédiment, ce dernier constituant les boues déshydratées.